Determination of ımpact and flexural behaviors of carbon fiber reinforced composites with various micro channel section geometry
Çeşitli mikro kanal kesit geometrilerine sahip karbon elyaf takviyeli kompozitlerin darbe ve eğilme davranışlarının belirlenmesi
- Tez No: 988983
- Danışmanlar: PROF. DR. NECDET GEREN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akıllı kompozitler, Gömülü mikro kanallar, KETP kompozitler, Eğilme testi, Darbe testi, Smart composites, Embedded micro-channels, CFRP composites, Bending test, Impact test
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Konstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, akıllı/çok işlevli kompozit uygulamalarında termal yönetim, kendi kendini onarma ve hasar algılama gibi işlevlere hizmet eden gömülü mikro-kanalların karbon elyaf takviyeli polimer (KETP) kompozitlerin mekanik performansı üzerindeki etkisi, kanal geometrisi açısından incelenmiştir. Kanal içermeyen (NC) referans test numunesi ile dairesel (CC), kare (SC), altıgen (HC) ve yıldız (StC) formunda kanallara sahip referans test numuneleri karşılaştırılmış; eğilme davranışı ASTM D790'a göre üç nokta eğilme testi, darbe davranışı ise ASTM D7136'ya göre 30 J düşük hızlı ağırlık düşürme testi ile değerlendirilmiştir. Geometrinin mekanik sonuçlarla nicel olarak ilişkilendirilebilmesi için grup davranışını en iyi temsil eden referans numunelere ait kesitler koordinat ölçüm cihazı (CMM) ile taranmış ve CAD ortamında modellenerek kesit özellikleri hesaplanmıştır. Sonuçlar, uygun üretim koşullarında mikro-kanal entegrasyonunun performansı tamamen kayba uğratmadığını; ancak kesitin açılı veya karmaşık hale gelmesiyle hasar başlangıç eşiği ve yayılım karakterinin belirgin biçimde değiştiğini göstermiştir. Eşdeğer eğilme rijitliği (SB) açısından, NC (kanalsız) referans numuneye kıyasla en yüksek artış dairesel kanallı (CC) referans numunede gözlenmiştir (+%68.1). Dairesel kesitte keskin (açılı) köşelerin bulunmaması, gerilme yığılmalarını sınırlandırarak daha homojen bir yük aktarımı sağlamakta ve gözlenen eğilimi açıklamaktadır. Buna ek olarak dairesel geometri, imalat sırasında keskin köşeli (açılı) kanal geometrilerine kıyasla daha düşük yerel lif sapmasına neden olduğundan, lif sürekliliğinin korunması açısından avantaj sunmaktadır. Darbe testlerinde tepe kuvvetler benzer karakterde seyrederken, soğurulan enerjinin tüm kanallı gruplarda NC'ye (kanalsız test numuneleri) göre daha düşük olduğu görülmüştür. Buna karşın darbe sonrası görsel incelemeler, mikro-kanalların oluşturduğu süreksizliklerin hasar yayılım yolunu saptırarak kalınlık doğrultusundaki hasar yayılımını belirli ölçüde sınırlayabildiğini ve hasarın daha lokal kalmasına katkı sağlayabildiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the effect of embedded microchannels serving functions such as thermal management, self-healing and damage detection in smart/multi-functional composite applications on the mechanical performance of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates has been investigated in terms of channel cross-section geometry. Reference test specimens without channels (NC) were compared with reference test specimens which have circular (CC), square (SC), hexagonal (HC), and star-shaped (StC) channels; behaviour under bending load was evaluated using a three-point bending test according to ASTM D790, while behaviour under impact load was evaluated using a 30 J low-velocity drop weight test according to ASTM D7136. In order to quantitatively relate geometry to the mechanical results, cross-sections of reference specimens were scanned using a coordinate measuring machine (CMM) and modelled in CAD software to calculate section properties. The results indicate that microchannel integration does not completely compromise performance under suitable production conditions; however, the damage initiation threshold and propagation characteristics change significantly as the cross-section becomes angled or complex. In terms of equivalent bending rigidity (SB), the highest increase compared to the NC (non-channelled) reference sample was observed in the circular-channelled (CC) reference sample (+68.1%). The absence of sharp corners in the circular cross-section limits stress concentrations, ensuring a more homogeneous load transfer and explaining the observed trend. In addition, circular geometry can offer advantages in terms of preserving fiber continuity, as it can cause lower local fiber deviation compared to sharp-edged channel geometries during manufacturing. While peak forces followed a similar pattern in impact tests, the absorbed energy was found to be lower in all channelled groups compared to NC (non-channelled test specimens). However, post-impact visual examinations have shown that the discontinuities created by micro-channels can divert the path of damage propagation, thereby limiting damage propagation in the thickness direction to a certain extent and contributing to the damage remaining more localised.
Benzer Tezler
- Farklı çevre koşullarının tabakalı kompozitlerin statik ve dinamik dayanımlarına etkisi
The effect of different environmental condition on the static and dynamic strength of laminated composites
HÜSEYİN ERSEN BALCIOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiUşak ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT GÜN
- Polietilen matrisli tuzlu su ortamında yaşlandırılan hibrit kompozit malzemelerin düşük hızlı darbe özelliklerinin belirlenmesi
Determination of low-velocity impact properties of polyethylene matrix hybrid composite materials aged in saline environment
TUNCAY ATEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜROL ÖNAL
- Darbe hasarına maruz kalan sandviç kompozitlerin statik mukavemetinin incelenmesi
Investigation of static strength of sandwich composites subjected to impact damage
ABDULLAH İKİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Determination of impact and fracture behavior of hybrid fiber reinforced nano composite
Hibrit fiber takviyeli nanokompozitlerin darbe ve kırılma davranışlarının incelenmesi
BAHJAT HARDAN SULAIMAN
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERKLİĞ
- Kırşehir ilindeki endüstriyel atıkların çimento esaslı yapı malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of industrial wastes in Kirşehir province as cement-based building materials
MERVE BAŞGÜL YILAN